專利名稱：彈性表面波元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有在高頻帶中能顯示出高的耐電力性的電極結(jié)構(gòu)的彈性表面波元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
彈性表面波元件是利用了機(jī)械振動(dòng)能量集中在固體表面附近而傳播的彈性表面波的電子部件，用于構(gòu)成過(guò)濾器、共振器或天線共用器等。
近年來(lái)，隨著攜帶電話等移動(dòng)體通信終端的小型化及輕量化的快速發(fā)展，要求安裝在移動(dòng)體通信終端中的電子部件的小型化。
彈性表面波元件具有在壓電性基板的表面上相互不同地排列配置由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的一對(duì)梳齒狀電極(IDT(Inter Digital Transducer，交叉換能器)電極)的梳齒部分的結(jié)構(gòu)。具有這樣的單純的結(jié)構(gòu)的彈性表面波元件非常適用于使過(guò)濾器、共振器或天線共用器小型化的元件。
另外，在將彈性表面元件作為共振器來(lái)使用時(shí)，主要的是元件的溫度變化時(shí)的串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)小。
過(guò)去已知通過(guò)由氧化硅膜覆蓋梳齒狀電極和壓電性基板的上面，使元件溫度變化時(shí)的串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小。
但，作成由氧化硅膜覆蓋梳齒狀電極和壓電性基板上方的結(jié)構(gòu)，則會(huì)出現(xiàn)在梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙部的問(wèn)題。
圖11表示以往的彈性表面波元件的俯視圖。該彈性表面波元件在壓電性基板12上形成有梳齒狀電極部13及梳齒狀電極部14。此外，梳齒狀電極13、14和壓電性基板12的上面被氧化硅膜覆蓋，但在圖11中省略了圖示。在梳齒狀電極部13及梳齒狀電極部14上電連接有用于將彈性表面波元件與外部的電路連接的連接電極部15、16。圖12是由一點(diǎn)劃線切斷梳齒狀電極部13、14并從箭頭方向觀察的剖面圖。梳齒狀電極13、14和壓電性基板12的上面被氧化硅膜10覆蓋。
如圖11及圖12所示，在梳齒電極13、14上產(chǎn)生空隙部B。該空隙部B是通過(guò)在梳齒電極13、14和壓電性基板12上涂敷硅化合物并進(jìn)行氧及水分中的熱處理的工序中，由熱應(yīng)力使梳齒電極部13、14的材料消失而產(chǎn)生的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述以往的問(wèn)題而提出的，其目的在于提供一種抑制梳齒電極部中的空隙的產(chǎn)生、且耐電力特性良好的彈性表面波元件及其制造方法。
本發(fā)明的彈性表面波元件，具有壓電性基板、和在所述壓電性基板上薄膜形成的電極部，其中，所述電極部具有梳齒狀電極部、和與所述梳齒狀電極部連接的連接電極部，所述梳齒狀電極部具有基底層、和在基底層上層疊了的主電極層，所述基底層具有由TiN或TiOxNy(但0＜x＜0.2，x+y＝1)構(gòu)成的第1基底層、和由Cr構(gòu)成的第2基底層。
在本發(fā)明中，通過(guò)在所述梳齒狀電極部和壓電性基板之間設(shè)置由TiN或TiOxNy(但0＜x＜0.2，x+y＝1)構(gòu)成的第1基底層、和由Cr構(gòu)成的第2基底層，能夠防止在梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙部，能夠提高耐電力特性。若能夠防止在梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙部，則能夠抑制梳齒狀電極部的電阻值的增加并減少電力損失。另外，能夠使串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小。
在本發(fā)明中，通過(guò)設(shè)置所述第1基底層和所述第2基底層，提高梳齒狀電極部的密接性。因此能夠防止將連接電極部與布線部件連接時(shí)的膜剝落、或連接電極部的引線接合時(shí)的膜剝落。
若所述梳齒狀電極部由Cu或Cu合金形成，則容易產(chǎn)生空隙部，因此本發(fā)明適用于由Cu或Cu合金形成梳齒狀電極部的彈性表面波元件中則有效。
在本發(fā)明中，所述主電極部?jī)?yōu)選由CuAg合金形成。
另外，在所述主電極層上優(yōu)選層疊有由TiN或TiOxNy(但0＜x＜0.2，x+y＝1)構(gòu)成的第1保護(hù)層。
進(jìn)一步，在所述第1保護(hù)層上優(yōu)選層疊有由Cr構(gòu)成的第2保護(hù)層。
所述壓電性基板優(yōu)選為例如LiTaO3基板或LiNbO3基板。特別是，優(yōu)選由Y切口角為36°到60°的LiTaO3構(gòu)成。
在本發(fā)明中，所述梳齒狀電極部及所述壓電性基板上優(yōu)選被絕緣層所覆蓋著，所述絕緣層由具有與所述壓電性基板的溫度-彈性常數(shù)變化特性反方向的溫度-彈性常數(shù)變化特性的絕緣性材料構(gòu)成。
通過(guò)形成所述絕緣層，能夠使元件溫度變化時(shí)的串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小。
在所述壓電性基板上形成所述絕緣層時(shí)，所述壓電性基板是例如LiTaO3基板，所述絕緣性材料是氧化硅或氮化鋁。
另外，所述絕緣層通過(guò)例如涂敷、熱處理硅化合物的旋壓玻璃法(spin-on glass)來(lái)形成。由于所述熱處理在氧和H2O的任意一方或兩方存在的氣氛中進(jìn)行，因此所述絕緣層成為氧化膜。
在本發(fā)明中，優(yōu)選在巖鹽型結(jié)構(gòu)、或面心體方結(jié)構(gòu)的所述第1基底層上層疊有面心立方結(jié)構(gòu)的主電極層，以使最稠密面的{111}面相對(duì)基板表面具有一定的傾斜。由此，能夠抑制電遷移或應(yīng)力遷移。其結(jié)果，能夠謀求電極破損和電斷線的防止、元件的插入損失的減少、共振子的Q值的提高，能夠提高彈性表面波的特性。
另外，若所述主電極層的{111}面與所述壓電性基板的結(jié)晶的X軸平行，則最稠密面的{111}面與SH波的振幅方向交叉，因此提高對(duì)電遷移或應(yīng)力遷移的耐性。
進(jìn)一步，所述第1基底層的{111}面優(yōu)選相對(duì)基板表面具有一定的傾斜。
另外，在本發(fā)明中，若所述第2基底層的膜厚為0.5nm以上和10nm以下，則所述主電極層的結(jié)晶粒界能夠具有直線狀的雙晶結(jié)構(gòu)。由此提高彈性表面波元件的耐電力性。此外，所述第2基底層的膜厚優(yōu)選為0.5nm以上和2nm以下。
本發(fā)明的彈性表面波元件的制造方法，具備(a)在壓電性基板上形成梳齒狀電極部、和與所述梳齒狀電極部連接的連接電極部的工序，其中，在梳齒狀電極部中層疊有由TiN構(gòu)成的第1基底層、由Cr構(gòu)成的第2基底層、和由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的主電極層；(b)在所述壓電性基板及所述梳齒狀電極部上涂敷具有與所述壓電性基板的溫度-彈性常數(shù)變化特性反方向的溫度-彈性常數(shù)變化特性的絕緣性材料，并形成絕緣層的工序；(c)熱處理所述絕緣層的工序。
在本發(fā)明中，通過(guò)在所述梳齒狀電極部和壓電性基板之間設(shè)置由TiN或TiOxNy(但0＜x＜0.2，x+y＝1)構(gòu)成的第1基底層、和由Cr構(gòu)成的第2基底層，能夠防止在梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙部，能夠提高耐電力特性。若能夠防止在梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙部，則能夠抑制梳齒狀電極部的電阻值的增加并減少電力損失。另外，能夠使串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小。
在本發(fā)明中，通過(guò)設(shè)置所述第1基底層和所述第2基底層，提高梳齒狀電極部的密接性。因此能夠防止將連接電極部與布線部件連接時(shí)的膜剝落、或連接電極部的引線接合時(shí)的膜剝落。
另外，所述梳齒狀電極部及所述壓電性基板上優(yōu)選被絕緣層所覆蓋著，所述絕緣層由具有與所述壓電性基板的溫度-彈性常數(shù)變化特性反方向的溫度-彈性常數(shù)變化特性的絕緣性材料構(gòu)成，因此能夠使元件溫度變化時(shí)的串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小。
利用LiTaO3來(lái)形成所述壓電性基板，并使用作為所述絕緣性材料的硅化合物將所述絕緣層作成以氧化硅為主成分的層，從而能夠使所述壓電性基板的溫度-彈性常數(shù)變化特性作成與所述絕緣層的溫度-彈性常數(shù)變化特性相反的方向。
所謂的基板或絕緣層的溫度-彈性常數(shù)變化特性是指溫度變化時(shí)的彈性常數(shù)變化的方向及大小。例如若LiTaO3的溫度上升，則其彈性常數(shù)減少，若氧化硅的溫度上升，則其彈性常數(shù)增加。此時(shí)，LiTaO3和氧化硅的溫度-彈性常數(shù)變化特性為反方向。
另外，所述絕緣層通過(guò)例如涂敷、熱處理硅化合物的旋壓玻璃法來(lái)形成。由于所述熱處理在氧和H2O的任意一方或兩方存在的氣氛中進(jìn)行，因此所述絕緣層成為氧化膜。
為了使元件溫度變化時(shí)的串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小，另外，提高彈性表面波元件的Q值，從而優(yōu)選在450℃以上進(jìn)行所述熱處理。但，若使所述熱處理溫度變高，則在梳齒狀電極部容易產(chǎn)生空隙部。
在本發(fā)明中，通過(guò)在所述梳齒狀電極部和壓電性基板之間設(shè)置所述第1基底層和所述第2基底層，即使使所述熱處理的溫度變高也能在梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙部。
若可以使所述熱處理的溫度變高，則能夠使所述絕緣層的膜厚變大。通過(guò)使所述絕緣層的膜厚變大，進(jìn)一步使元件溫度變化時(shí)的串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小，另外，能夠進(jìn)一步提高彈性表面波元件的Q值。
另外，若所述第2基底層的膜厚作成0.5nm和10nm以下，則所述主電極層的結(jié)晶粒界能夠具有直線狀的雙晶結(jié)構(gòu)。由此也提高彈性表面波元件的耐電力性。
在本發(fā)明中，優(yōu)選由Cu或Cu合金形成所述主電極部，特別是，更有選由CuAg合金形成所述主電極部。
在本發(fā)明中，通過(guò)在所述梳齒狀電極部和壓電性基板之間設(shè)置由TiN或TiOxNy(但0＜x＜0.2，x+y＝1)構(gòu)成的第1基底層、和由Cr構(gòu)成的第2基底層，能夠防止在梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙部，能夠提高耐電力特性。若能夠防止在梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙部，則能夠抑制梳齒狀電極部的電阻值的增加并減少電力損失。另外，能夠使串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小。
在本發(fā)明中，通過(guò)設(shè)置所述第1基底層和所述第2基底層，提高梳齒狀電極部的密接性。因此能夠防止將連接電極部與布線部件連接時(shí)的膜剝落、或連接電極部的引線接合時(shí)的膜剝落。
在本發(fā)明中，通過(guò)所述梳齒狀電極部及所述壓電性基板上被絕緣層所覆蓋著，所述絕緣層由具有與所述壓電性基板的溫度-彈性常數(shù)變化特性反方向的溫度-彈性常數(shù)變化特性的絕緣性材料構(gòu)成，因此能夠使元件溫度變化時(shí)的串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小。
另外，在本發(fā)明中，通過(guò)在巖鹽型結(jié)構(gòu)、或面心體方結(jié)構(gòu)的所述第1基底層上層疊有面心立方結(jié)構(gòu)的主電極層，以使最稠密面的{111}面相對(duì)基板表面具有一定的傾斜，而能夠抑制電遷移或應(yīng)力遷移。其結(jié)果，能夠謀求電極破損和電斷線的防止、元件的插入損失的減少、共振子的Q值的提高，能夠提高彈性表面波的特性。
另外，若所述主電極層的{111}面與所述壓電性基板的結(jié)晶的X軸平行，則最稠密面的{111}面與SH波的振幅方向交叉，因此提高對(duì)電遷移或應(yīng)力遷移的耐性。
另外，在本發(fā)明中，若所述第2基底層的膜厚為0.5nm以上和10nm以下，則所述主電極層的結(jié)晶粒界能夠具有直線狀的雙晶結(jié)構(gòu)。由此提高彈性表面波元件的耐電力性。
在本發(fā)明中，通過(guò)在所述梳齒狀電極部和壓電性基板之間設(shè)置所述第1基底層和所述第2基底層，即使使所述熱處理的溫度變高，也能防止在梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙部。
若可以使所述熱處理的溫度變高，則進(jìn)一步使元件溫度變化時(shí)的串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小，另外，能夠進(jìn)一步提高彈性表面波元件的Q值。
若可以使所述熱處理的溫度變高，則能夠使所述絕緣層的膜厚變大。通過(guò)使所述絕緣層的膜厚變大，進(jìn)一步使元件溫度變化時(shí)的串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小，另外，能夠提高彈性表面波元件的Q值。


圖1是表示本發(fā)明的彈性表面波元件的實(shí)施方式的平面圖。
圖2是用于說(shuō)明單結(jié)晶壓電基板的切割角的樣式圖。
圖3是圖1所示的彈性表面波元件的3-3線剖面圖。
圖4是本發(fā)明的彈性表面波元件的梳齒狀電極部的側(cè)視圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施例的彈性表面波元件的梳齒狀電極部的放大部分側(cè)面照片。
圖6是示意性表示圖5的梳齒狀電極部的放大部分側(cè)面照片。
圖7是本發(fā)明的實(shí)施例的彈性表面波元件的梳齒狀電極部的放大部分平面照片。
圖8是本發(fā)明的實(shí)施例的彈性表面波元件的梳齒狀電極部的放大部分平面照片。
圖9是本發(fā)明的實(shí)施例的彈性表面波元件的梳齒狀電極部的放大部分平面照片。
圖10是比較例的彈性表面波元件的梳齒狀電極部的放大部分平面照片。
圖11是以往的彈性表面波元件的電極的部分平面圖。
圖12是以往的彈性表面波元件的電極的部分剖面圖。
圖中11-彈性表面波元件12-壓電性基板13、14-梳齒狀電極部15、16-連接電極部17、18-電極部19-反射電極20、24-第1基底層21、25-第2基底層22、26-主電極層23、27-第1保護(hù)層30、31-第2保護(hù)層32-絕緣層具體實(shí)施方式
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的彈性表面波元件的平面圖。
符號(hào)11表示彈性表面波元件，該彈性表面波元件發(fā)揮作為分波器的作用。符號(hào)12表示壓電基板。在本實(shí)施方式中，壓電基板12由具有三方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的LiTaO3或LiNbO3等壓電陶瓷材料來(lái)形成。
在壓電性基板12上形成有梳齒狀電極部13及梳齒狀電極部14。在梳齒狀電極部13及梳齒狀電極部14上分別形成有向與圖示X3方向相反的方向延伸的梳齒部13a、及向圖示X3方向延伸的梳齒部14a。梳齒狀電極部13的梳齒部13a和梳齒狀電極部14的梳齒部14a，隔開規(guī)定的間隔地、向圖示X方向相互不同地排列。
另外，在梳齒狀電極部13及梳齒狀電極部14電連接有用于將彈性表面波元件與外部的電路連接的連接電極部15、16。梳齒狀電極部13和連接電極部15構(gòu)成電極部17，梳齒狀電極部14和連接電極部16構(gòu)成電極部18。
進(jìn)一步，在梳齒狀電極部13及梳齒狀電極部14的圖示X方向和圖示X方向的相反側(cè)相鄰地形成有反射電極19、19。在圖1中，構(gòu)成反射電極19的各個(gè)電極的端部彼此之間被斷路。但，構(gòu)成反射電極19的各個(gè)電極的端部彼此之間也可以被短路。
圖2表示以向繞X軸從Y軸到Z軸的方向傾斜了旋轉(zhuǎn)角θ的角度切出了具有結(jié)晶軸X、Y、Z的LiTaO3單結(jié)晶的狀態(tài)。將這些壓電基板稱作θ旋轉(zhuǎn)Y切割LiTaO3基板。此外，將角度θ表示為旋轉(zhuǎn)切斷角度或切割角。
圖3是由3-3線切斷梳齒狀電極部13及梳齒狀電極部14并從箭頭方向觀察的縱剖面圖。
在本實(shí)施方式中，梳齒狀電極部13具有疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層結(jié)構(gòu)由第1基底層20、第2基底層21、與第2基底層21的上面接觸而層疊的主電極層22、層疊在主電極層22上的第1保護(hù)層23、和第2保護(hù)層30構(gòu)成。相同地，梳齒狀電極部14也具有疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層結(jié)構(gòu)由第1基底層24、第2基底層25、在與第2基底層25的上面接觸而層疊的主電極層26上層疊了的第1保護(hù)層27、和第2保護(hù)層31構(gòu)成。第1保護(hù)層23及第1保護(hù)層27由TiN(氮化鈦)或TiOxNy(但，0＜x＜0.2，x+y＝1)來(lái)形成。第2保護(hù)層30及第2保護(hù)層31由Cr來(lái)形成。
第1基底層20、24由TiN(氮化鈦)或TiOxNy(但，0＜x＜0.2，x+y＝1)來(lái)形成。這些材料的結(jié)晶的最接近原子間距離在2.40～3.30的范圍之內(nèi)。
TiN(氮化鈦)、TiOxNy(但，0＜x＜0.2，x+y＝1)具有巖鹽型結(jié)構(gòu)或面心立方結(jié)構(gòu)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
第2基底層21、25由Cr來(lái)形成。Cr具有體心立方結(jié)構(gòu)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
主電極層22、26的材料為例如Cu、Al、Pt、Au、或Ag的任1種或2種以上?；蛑麟姌O層22、26的材料為例如Cu、Al、Pt、Au、或Ag的任1種或2種以上的元件、和Ag、Sn、C、Sc、Cu的任1種或2種以上的元件的合金。具體地講是AlScCu合金、CuAg合金、CuScAg合金等。作為添加元件的Ag、Sn、C的含有量在Cu合金的比重與純粹的Cu的比重大致相同的范圍之內(nèi)即可。具體地講，若Cu的合金中的添加元件的質(zhì)量％為0.5以上10.0以下，則該Cu合金的比重與純粹的Cu的比重大致相同。
這些材料的結(jié)晶的最接近原子間距離在2.50～3.00的范圍之內(nèi)。Cu、Al、Pt、Au、Ag和所述合金具有巖鹽型結(jié)構(gòu)或面心立方結(jié)構(gòu)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
若第1基底層20、24由TiN來(lái)形成，則有時(shí)壓電性基板的LiTaO3的氧與未氮化的Ti結(jié)合而往往會(huì)奪去LiTaO3的氧。另一方面，若基底層由TiOxNy來(lái)形成，則使Ti穩(wěn)定而不會(huì)奪去LiTaO3的氧。但，若TiOxNy的氧的比例變高，則導(dǎo)電率下降，因此0＜x＜0.2，x+y＝1為最適合。
通過(guò)在主電極層22、26和壓電性基板12之間設(shè)置由TiN或TiOxNy(但，0＜x＜0.2，x+y＝1)構(gòu)成的第1基底層20、24、和由Cr構(gòu)成的第2基底層21、25，能夠防止在梳齒狀電極部13、14中產(chǎn)生空隙部，并提高耐電力特性。若能夠抑制在梳齒狀電極部13、14中產(chǎn)生空隙部，則能夠抑制梳齒狀電極部13、14的電阻值的增加并減少電力損失。另外，能夠使串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小。
如本實(shí)施例那樣，通過(guò)在第1基底層20、24和主電極層22、26之間設(shè)置第2基底層21、25，而提高梳齒狀電極部13、14的密接性。因此，能夠防止將連接電極部15、16與布線部件連接時(shí)的膜剝落、或引線接合時(shí)的膜剝落。
若梳齒狀電極部13、14由Cu或Cu合金形成，則特別是容易產(chǎn)生空隙部，因此若在由Cu或Cu合金形成梳齒狀電極部13、14的彈性表面波元件上設(shè)置第1基底層20、24和第2基底層21、25則很有效。
壓電性基板12、梳齒狀電極部13、14的上面被絕緣層32所覆蓋著。連接電極部15、16不被絕緣層所覆蓋而露出。在圖1中為了明確地表示形成在壓電性基板12上的電極部17、18及反射電極19、19的平面結(jié)構(gòu)而省略了絕緣層32的所述。
在壓電性基板12由LiTaO3來(lái)形成時(shí)，絕緣層32由例如氧化硅(SiO2)來(lái)形成。在梳齒狀電極部13、14上也可以形成濺射成膜氧化硅(SiO2)的絕緣性薄膜。
所謂的基板或絕緣層的溫度-彈性常數(shù)變化特性是指溫度變化時(shí)的彈性常數(shù)變化的方向及大小。例如，當(dāng)溫度上升時(shí)LiTaO3的彈性常數(shù)較少，當(dāng)溫度上升時(shí)氧化硅的彈性常數(shù)增加。此時(shí)，LiTaO3和氧化硅的溫度-彈性常數(shù)變化特性為反方向。
若使用溫度-彈性常數(shù)變化特性為反方向的LiTaO3和氧化硅來(lái)形成壓電性基板12及絕緣層32，則能夠使元件溫度變化時(shí)的串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小。在由氧化硅來(lái)形成絕緣層32時(shí)，優(yōu)選通過(guò)涂敷、熱處理硅化合物的旋壓玻璃法來(lái)形成絕緣層32。該熱處理在氧和H2O的任一方或雙方的氣氛中進(jìn)行。從而，絕緣層32成為氧化膜。
另外，LiTaO3和氮化鋁(AlN)也是溫度-彈性常數(shù)變化特性成為反方向的組合。
此外，在圖3中未圖示，但在本實(shí)施方式中，反射電極19、19的上面也經(jīng)由絕緣性薄膜20被絕緣層32覆蓋。
另外，在本實(shí)施方式中絕緣層32為密度均勻的薄膜。此外，所謂的“絕緣層32的密度均勻”是指在絕緣層32的內(nèi)部、特別是在梳齒電極部的周邊沒有空隙或裂紋的整個(gè)區(qū)域上不存在絕緣性材料。
將彈性表面波元件21的連接電極部25或連接電極部26的一側(cè)作為接地側(cè)，若從一側(cè)輸入高頻信號(hào)，則在壓電性基板12的表面上激勵(lì)表面波，該表面波向圖示X方向及與圖示X方向相反的平行方向行進(jìn)。表面波被反射電極19、19所反射，并返回到梳齒狀電極部13、14。彈性表面波元件21具有共振頻率和反共振頻率，在反共振頻率中阻抗變得最高。
本實(shí)施方式的由LiTaO3構(gòu)成的壓電性基板12，是以X軸為中心的從Y軸向Z軸方向的旋轉(zhuǎn)切斷角度θ(切割角)為36°以上和60°以下的旋轉(zhuǎn)Y切割LiTaO3基板。
在圖1及圖3所示的實(shí)施方式中，梳齒狀電極部13和梳齒狀電極部14具有相同的寬度尺寸W，間隔寬度P為一定的值。梳齒狀電極部13、14的寬度尺寸W為0.3μm以上和0.7μm以下，間隔寬度P為0.3μm以上和0.7μm以下。
另外，第1基底層20、24的膜厚t1為5nm到20nm，第2基底層21、25的膜厚t2為0.5nm到10nm，主電極層22、26的膜厚t3為80nm到180nm，第1保護(hù)層23、27的膜厚t4為5nm到20nm，第2保護(hù)層30、31的膜厚t5為5nm到20nm。若將第1基底層20、24的膜厚t1作成5nm以上，將第2基底層21、25的膜厚作成0.5nm到10nm，則基底層21、25及主電極層22、26的{111}面相對(duì)基板表面準(zhǔn)確地具有一定的傾斜。另外若第2基底層21、25的膜厚為0.5nm以上和10nm以下，則主電極層22、26的結(jié)晶粒界能夠具有直線狀的雙晶結(jié)構(gòu)。由此也提高彈性表面波元件的耐電力性。此外，第2基底層21、25的膜厚更有選在0.5nm以上和2nm以下的范圍之內(nèi)。
在此圖4表示梳齒狀電極部13的梳齒部13a的側(cè)視圖。如圖4所示，主電極層22的結(jié)晶為面心立體方結(jié)構(gòu)，{111}面相對(duì)基板表面具有鈍角的一定的傾斜。該一定的傾斜為例如51°，其與從主電極層22的{111}方向的基板法線方向的角度Φ的值相等。梳齒狀電極部14也具有相同的結(jié)構(gòu)。
由此，若最稠密面的{111}面被層疊成相對(duì)基板表面具有一定的傾斜，則能夠控制梳齒狀電極部13、14的電遷移或應(yīng)力遷移。其結(jié)果，能夠謀求電極破損和電斷線的防止、元件的插入損失的減少、共振子的Q值的提高，能夠提高彈性表面波的特性。
另外，如圖4所示，若主電極層22、26的{111}面與壓電性基板的結(jié)晶的X軸平行，則最稠密面的{111}面與SH波的振幅方向交叉，因此提高對(duì)電遷移或應(yīng)力遷移的耐性。
進(jìn)一步，第1基底層20的最稠密面(面心立方晶的情況下為{111}面)相對(duì)基板表面具有一定的傾斜，在圖4中面心立方晶的第1基底層20的{111}面的傾斜角與主電極層22的{111}面的傾斜角相等。梳齒狀電極部14也相同。
進(jìn)一步，第1保護(hù)層23、27及第2保護(hù)層30、31層疊，因此主電極層22、26的結(jié)晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠抑制對(duì)電遷移或應(yīng)力遷移的耐性。但是，不形成第1保護(hù)層23、27及第2保護(hù)層30、31也可。
本實(shí)施方式的彈性表面波元件的梳齒狀電極部13、14優(yōu)選由濺射法或蒸鍍法來(lái)形成。
首先，將壓電性基板12的表面通過(guò)離子蝕刻等進(jìn)行前處理，并在壓電性基板12的表面上露出可外延生長(zhǎng)的結(jié)晶面。通過(guò)在壓電性基板12的結(jié)晶面上由濺射法或蒸鍍法成膜第1基底層20、24、第2基底層21、25及主電極層22、26，能夠?qū)⒌?基底層20、24及主電極層22、26形成為具有向{111}方位強(qiáng)烈取向的結(jié)晶的層，并且可成膜為第1基底層20、24及主電極層22、26的{111}面相對(duì)基板表面具有一定的傾斜的結(jié)構(gòu)。通過(guò)利用濺射法或蒸鍍法，在第1基底層20、24、和第2基底層21、25的結(jié)晶上容易地使主電極層22、26的結(jié)晶異質(zhì)外延生長(zhǎng)。
為了在第1基底層20、24、和第2基底層21、25上以異質(zhì)外延狀態(tài)下堆積主電極層22、26，而僅需要可使主電極層22、26的原子沿著第2基底層21、25上適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)的能量，以從靶基板擊出的成為主電極層22、26的材料的原子到達(dá)第2基底層21、25上，之后可仿造第2基底層21、25的原子排列并重新排列。
為了使主電極層22、26的原子的能量變大，而主要調(diào)節(jié)用于擊打靶的濺射氣體的壓力。若濺射氣體的壓力過(guò)大，則成為主電極層22、26的材料的原子和濺射氣體分子的碰撞頻度增加，成為主電極層22、26的材料的原子到達(dá)基底層21、25上為止會(huì)丟失能量。因此，最好是濺射氣壓低的好，但是過(guò)低則不能穩(wěn)定地維持放電。
從而，用于擊打靶的濺射氣體的壓力優(yōu)選為5×10-4Torr(6.7×10-2Pa)～3×10-2Torr(4Pa)。在本實(shí)施方式中，作為濺射氣體使用Ar，濺射氣體的壓力作為1.5×10-3Torr(0.2Pa)。
另外，若使基板的溫度變高，則從靶到達(dá)低2基底層21、25上的成為主電極層22、26的材料的原子容易沿著第2基底層21、25上移動(dòng)，并容易仿造第2基底層21、25的原子排列并重新排列。但，形成有第2基底層21、25的基板的溫度過(guò)大，則第2基底層21、25和主電極層22、26的界面中的原子的相互擴(kuò)散很顯著而不易采用。
從而，形成有第2基底層21、25的基板的溫度優(yōu)選為0°～100°。
為了使成為主電極層22、26的材料的原子到達(dá)第2基底層21、25時(shí)的能量變大，優(yōu)選使靶和形成有第2基底層21、25的基板之間的距離變小，減少成為主電極層22、26的材料的原子和濺射氣體分子之間的碰撞頻度。但，靶和形成有第2基底層21、25的基板之間的距離過(guò)小，則第2基底層21、25和主電極層22、26的界面中的原子的相互擴(kuò)散很顯著而不易采用。另外，靶和形成有基底層21、25的基板之間的距離變小，則很難以均勻的膜厚成膜主電極層22、26。
從而，靶和形成有第2基底層21、25的基板之間的距離優(yōu)選為50mm～300mm。在本實(shí)施例中，將靶和形成有第2基底層21、25的基板之間的距離作成89mm。
電極部17、18及反射電極19、19形成之后，在壓電性基板12及梳齒狀電極部13、14上通過(guò)旋涂法涂敷聚硅氨烷等硅化合物，之后在氮?dú)夥罩幸?50℃的溫度烘焙3分鐘并去除二丁醚溶媒。進(jìn)一步，在氧(O2)及水蒸氣(H2O)氣氛中進(jìn)行30分鐘的450℃的硬化(cure)。在硬化工序中，游離氨NH3或H2，絕緣層32成為以氧化硅為主成分的層。
實(shí)施例1在由Y切割角46°的LiTaO3構(gòu)成的壓電性基板上經(jīng)由基底層通過(guò)濺射法成膜了由CuAg合金構(gòu)成的Cu合金層(主電極層)。在圖5中以從與基板的X軸正交的側(cè)面觀察的放大照片為實(shí)施例表示了彈性表面波元件的梳齒狀電極部，在該彈性表面波元件的梳齒狀電極部中作為由TiN構(gòu)成的第1基底層及由Cr構(gòu)成的第2基底層的疊層體形成了基底層。圖6是示意性表示圖5中所示的照片的梳齒狀電極部的部分側(cè)視圖。
第1基底層(TiN)的膜厚為5nm，第2基底層(Cr)的膜厚為2nm，Cu合金層(CuAg)的膜厚為80nm，第1保護(hù)層(TiN)的膜厚為5nm，第2保護(hù)層(Cr)的膜厚為5nm。梳齒狀電極部及壓電性基板上被由氧化硅構(gòu)成的絕緣層所覆蓋著。
如圖5及圖6所示，CuAg合金層的結(jié)晶為面心立方結(jié)構(gòu)，{111}面相對(duì)基板表面具有鈍角的一定的傾斜。該一定的傾斜為例如51°，其與從CuAg合金層的{111}方向的基板法線方向的角度Φ的值相等。此外，Cu合金層的{111}面與壓電性基板的結(jié)晶的X軸平行，最稠密面的{111}面與SH波的振幅方向交叉。
進(jìn)一步，第1基底層的{111}面的傾斜角和Cu合金層的{111}面的傾斜角不相等。此外，由TiN(氮化鈦)或TiOxNy(但，0＜x＜0.2，x+y＝1)形成的第1基底層具有巖鹽型結(jié)構(gòu)、和面心立方體格子結(jié)構(gòu)，第2基底層為體心立方格子結(jié)構(gòu)。Cu合金層的結(jié)晶在第2基底層的結(jié)晶上異質(zhì)外延生長(zhǎng)。此時(shí)Cu合金層的結(jié)晶粒界為直線狀，Cu合金層具有雙晶結(jié)構(gòu)，該雙晶結(jié)構(gòu)只具有以{111}方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)的2種結(jié)晶。從而，能夠抑制通過(guò)結(jié)晶粒界的構(gòu)成Cu合金的原子的擴(kuò)散引起的希羅克(ヒロツク)或空隙的生長(zhǎng)，并能夠降低電遷移或應(yīng)力的遷移。即，提高彈性表面波元件的耐電力特性。
實(shí)施例2在Y切割角46°的LiTaO3構(gòu)成的壓電性基板上通過(guò)濺射法成膜由TiN構(gòu)成的第1基底層及由Cr構(gòu)成的第2基底層、由CuAg合金構(gòu)成的Cu合金層(主電極層)、由TiN構(gòu)成的第1保護(hù)層及由Cr構(gòu)成的第2保護(hù)層，并圖案形成了梳齒狀電極部、連接電極部、及反射電極部。進(jìn)一步，在氧(O2)及水蒸氣(H2O)氣氛中進(jìn)行了30分鐘的450℃的硬化。
梳齒狀電極部的電極部的膜結(jié)構(gòu)是第1基底層(TiN5nm)、第2基底層(CrXnm)/Cu合金層(CuAg80nm)/第1保護(hù)層(TiN5nm)、第2保護(hù)層(Cr5nm)。括號(hào)內(nèi)的數(shù)值為膜厚。
在圖7中作為實(shí)施例2表示了從上方觀察將梳齒狀電極部的第2基底層的平均膜厚作為0.5nm的彈性表面波元件的照片，在圖8中作為實(shí)施例3示出了從上方觀察將第2基底層的平均膜厚作為1nm的彈性表面波元件的照片，在圖9中作為實(shí)施例4表示了從上方觀察將第2基底層的平均膜厚作為2nm的彈性表面波元件的照片。各個(gè)圖的右側(cè)的照片為左側(cè)的照片的放大照片。
在圖7～圖9的全部的彈性表面波元件的梳齒狀電極部看不到空隙(void)的產(chǎn)生。從而，能夠提高彈性表面波元件的耐電力特性。另外，若可防止在梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙部，則可抑制梳齒狀電極部的電阻值的增加并降低電力損失。進(jìn)一步，能夠使串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小。
通過(guò)設(shè)置所述第1基底層和所述第2基底層，提高梳齒狀電極部的密接性，能夠防止由熱應(yīng)力產(chǎn)生的空隙的產(chǎn)生。
另外，在壓電性基板和Cu合金層(主電極層)之間形成只形成了由TiN構(gòu)成的第1基底層的比較例的彈性表面波元件，進(jìn)一步在氧(O2)及水蒸氣(H2O)氣氛中進(jìn)行了30分鐘的450℃的硬化。
比較例的梳齒狀電極部的電極部的膜結(jié)構(gòu)是第1基底層(TiN5nm)/Cu合金層(CuAg80nm)/第1保護(hù)層(TiN5nm)、第2保護(hù)層(Cr5nm)。括號(hào)內(nèi)的數(shù)值為膜厚。
在圖10中表示了從上方觀察了比較例的彈性表面波元件的照片。
如圖10所示，在比較例的彈性表面波元件的梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙(void)。
即，如上述實(shí)施例那樣，通過(guò)在所述梳齒狀電極部的壓電性基板之間設(shè)置由所述TiN構(gòu)成的第1基底層和由Cr構(gòu)成的第2基底層兩者，即使使溫度升高為450℃，也能夠防止在梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙部。
在壓電性基板及梳齒狀電極部上形成絕緣層時(shí)，在壓電性基板及梳齒狀電極部上通過(guò)旋涂法涂敷聚硅氨烷等硅化合物，之后在氧(O2)及水蒸氣(H2O)氣氛中進(jìn)行熱處理。在硬化工序中，游離氨NH3或H2，絕緣層成為以氧化硅為主成分的層。
若可以使所述熱處理的溫度變高，則進(jìn)一步使元件溫度變化時(shí)的串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小，另外，可進(jìn)一步提高彈性表面波元件的Q值。
若可以使所述熱處理的溫度變高，則能夠使所述絕緣層的膜厚變大。通過(guò)使所述絕緣層的膜厚變大，進(jìn)一步使元件溫度變化時(shí)的串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小，另外，可進(jìn)一步提高彈性表面波元件的Q值。
此外，在以Ti來(lái)代替使用Cr而形成第2基底層時(shí)，若第2基底層的膜厚不是10nm以上，則在梳齒狀電極部產(chǎn)生空隙，而若第2基底層的膜厚為10nm以上，則在梳齒狀電極部不產(chǎn)生空隙，但相反地，Cu合金層不能得到雙晶結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生耐電力性下降的問(wèn)題。
權(quán)利要求
1.一種耐電力性高的彈性表面波元件，具有壓電性基板、和在所述壓電性基板上薄膜形成的電極部，其中，所述電極部具有梳齒狀電極部、和與所述梳齒狀電極部連接的連接電極部，所述梳齒狀電極部具有基底層、和在基底層上層疊了的主電極層，所述基底層具有由TiN或TiOxNy構(gòu)成的第1基底層、和由Cr構(gòu)成的第2基底層，其中，0＜x＜0.2，x+y＝1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，所述主電極部由Cu或Cu合金形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，所述主電極部由CuAg合金形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，在所述主電極層上層疊有由TiN或TiOxNy構(gòu)成的第1保護(hù)層，其中，0＜x＜0.2，x+y＝1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，在所述第1保護(hù)層上層疊有由Cr構(gòu)成的第2保護(hù)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，所述壓電性基板由LiTaO3或LiNbO3構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，所述壓電性基板由Y切割角為36°到60°的LiTaO3構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，所述梳齒狀電極部及所述壓電性基板上被絕緣層所覆蓋著，所述絕緣層由具有與所述壓電性基板的溫度—彈性常數(shù)變化特性反方向的溫度—彈性常數(shù)變化特性的絕緣性材料構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，所述壓電基板是LiTaO3基板，所述絕緣性材料為氧化硅或氮化鋁。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，由氧化硅構(gòu)成的所述絕緣層通過(guò)涂敷聚硅氨烷、進(jìn)行熱處理而形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，所述熱處理在氧和H2O的任意一方或兩方存在的氣氛中進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，所述第1基底層具有巖鹽型結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，所述主電極層具有面心立方結(jié)構(gòu)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，所述主電極層的{111}面相對(duì)基板表面具有一定的傾斜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，所述主電極層的{111}面與所述壓電性基板的結(jié)晶的X軸平行。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，所述第1基底層的{111}面相對(duì)基板表面具有一定的傾斜。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐電力性高的彈性表面波元件，其中，所述第2基底層的膜厚為0.5nm以上和10nm以下。
16.一種耐電力性高的彈性表面波元件的制造方法，包括(a)在壓電性基板上形成梳齒狀電極部和與所述梳齒狀電極部連接的連接電極部的工序，其中，在梳齒狀電極部中層疊有由TiN構(gòu)成的第1基底層、由Cr構(gòu)成的第2基底層、和由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的主電極層；(b)在所述壓電性基板及所述梳齒狀電極部上涂敷具有與所述壓電性基板的溫度—彈性常數(shù)變化特性反方向的溫度—彈性常數(shù)變化特性的絕緣性材料，而形成絕緣層的工序；(c)熱處理所述絕緣層的工序。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的耐電力性高的彈性表面波元件的制造方法，其中，在氧和H2O的任意一方或兩方存在的氣氛中進(jìn)行所述熱處理，使所述絕緣層氧化。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的耐電力性高的彈性表面波元件的制造方法，其中，在450℃以上的溫度下進(jìn)行所述熱處理。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的耐電力性高的彈性表面波元件的制造方法，其中，利用LiTaO3形成所述壓電性基板，并作為所述絕緣性材料使用聚硅氨烷，使所述絕緣層以氧化硅為主成分。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的耐電力性高的彈性表面波元件的制造方法，其中，將所述第2基底層的膜厚作成0.5nm以上和10nm以下。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的耐電力性高的彈性表面波元件的制造方法，其中，由Cu或Cu合金形成所述主電極部。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的耐電力性高的彈性表面波元件的制造方法，其中，所述主電極部由CuAg合金形成。
全文摘要
一種彈性表面波元件，通過(guò)在梳齒狀電極部(13、14)和壓電性基板(12)之間設(shè)置由TiN或TiOxNy (但0＜x＜0.2，x+y＝1)構(gòu)成的第1基底層(20、24)、和由Cr構(gòu)成的第2基底層(21、25)，能夠防止在梳齒狀電極部(13、14)產(chǎn)生空隙部，能夠提高耐電力特性。若能夠防止在梳齒狀電極部(13、14)產(chǎn)生空隙部，則能夠抑制梳齒狀電極部(13、14)的電阻值的增加并減少電力損失。另外，能夠使串聯(lián)共振頻率及并聯(lián)共振頻率的變動(dòng)變小。因此提供一種耐電力特性和溫度特性良好的彈性表面波元件。
文檔編號(hào)H03H3/08GK1874145SQ200610084240
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者藤本晴彥, 尾崎恭輔, 和賀聰, 目黑利浩, 池田剛 申請(qǐng)人:阿爾卑斯電氣株式會(huì)社